最新cognex表面质量检测仪的系统改进Word下载.docx
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本课题按照武钢CSP应用中的客户需要,从Cognex表面质量检测的三个方面进行了改进,使得该系统能够更好的工作,保证测量精度,延长系统无故障运行时间,保证客户端访问的速度,全面满足主体厂的生产要求。
本课题的系统改进在武钢CSP应用前,三个月内出现过多次因为Cognex表面质量检测仪故障报警,当班人员无法在短时间内处理故障,进而造成累计5个小时的停机事故,给生产造成重大影响。
本系统改进应用后,明显减少了出现类似故障,当班人员能够迅速判断故障原因,及时对故障进行处理。
在武钢CSP投运半年以来,减少了因设备故障引发的停机事故。
由此可知本课题系统改进在实际应用中发挥了应有的作用。
整个设计实践证明是成功的,有效地。
【关键词】Cognex表面质量检测CCD成像CSP
摘要…………………………………………………………………II
目录…………………………………………………………………III
第一章绪论………………………………………………………………1
1.1研究背景…………………………………………………………1
1.2表面质量检测简介…………………………………………………2
1.3Cognex表面检测系统维护中存在的问题…………………………3
1.4本文的主要研究内容………………………………………………3
第二章Cognex表面检测系统简介…………………………………………4
2.1图像采集和辅助光源系统………………………………………4
2.2.模块化摄像像头信号处理系统…………………………………6
2.3.系统服务和数据存储系统………………………………………7
第三章Cognex表面检测系统的改进………………………………………8
3.1检测镜头的校准……………………………………………………8
3.1.1摄像头的对准……………………………………………8
3.1.2测量软件的标定…………………………………………10
3.2系统服务器的更换…………………………………………………12
3.2.1SmartView软件的主要功能……………………………12
3.2.2系统服务器的升级………………………………………13
3.2.3系列环境的恢复与软件的重新配置……………………15
3.3网络拓扑结构的改进……………………………………………16
3.3.1原有的网络拓扑结构在武钢CSP应用中存在的问题…17
3.3.2改进后的网络拓扑结构…………………………………18
第五章实验结果……………………………………………………………19
第六章结论与展望…………………………………………………………20
参考文献……………………………………………………………………21
第一章绪论
1.1研究背景
当今世界科技飞速发展,技术进步日新月异,推动各个行业的发展。
钢铁行业作为一个传统的基础行业,是一个国家综合实力的重要体现,钢铁行业领域的科技进步更是直接影响钢铁企业的生产效率。
建国以来,冶金工业在我国国民经济的发展中一直占据很重要的位置,根据国家统计局数据,2003年我国冶金工业总产值为4501.74亿元,占整个国内生产总值的4.8%。
在冶炼行业自动控制的不断发展中,自动化仪器仪表的重要性日趋凸显。
党的十六大提出:
“以信息化带动工业化,以工业化促进信息化,走新型工业化道路”的伟大战略。
自电子计算机诞生半个世纪以来,尤其是近几年来信息技术和自动化技术的迅猛发展,为提高冶金工业企业的市场竞争力,缩短技术更新周期与提高企业科学管理水平提供了强有力的手段,个冶金行业,谁对信息技术,自动化技术应用的好,谁的产品质量就稳定,谁的竞争优势就增强,谁的市场信誉就提高,谁就能在激烈的市场竞争中生存、发展。
就工业生产过程而言,热轧生产过程属于各种高新技术应用广泛的一类生产过程。
在冶金工业中,带钢连轧计算机控制系统是发展得最为迅速、最为成熟的计算机系统,不仅提高了生产效率,并且大大改进了产品尺寸精度和性能,带来了巨大的经济效益。
仪器仪表在热轧生产过程中因其特殊性而具有重要的作用。
轧制线上设置的特殊仪表负责带钢参数(宽度、厚度、板型、温度)和工艺参数(如轧制力)的测量,并将测量信号送轧线计算机系统。
高精度的轧线检测仪表是基础自动化系统、过程计算机系统高水平地实现带钢质量控制和质量管理的关键。
轧线检测仪表科技含量高,通常是涉及机械、金属学、辐射、光学、电子、计算机和通信等科学技术的一体化产品,价格昂贵。
以此在生产过程中,基于对轧制线仪表的维护工作是非常重要的一环。
1.2表面质量检测简介
表面质量已经成为企业日益关注的内容,传统人工检测方法存在着检出率低、工人劳动强度大等问题,已不适应企业对产品表面质量严格控制的要求。
采用表面在线检测系统是解决这些问题的惟一途径。
目前,发达国家的带钢生产线一般都配备有表面在线检测系统,从热轧生产线开始到冷轧的各条生产线,如酸洗、轧制、平整、涂镀及精整等,对轧制过程中各条生产线的表面质量情况都进行了全连续自动跟踪,不仅保证了产品的出厂质量,而且可以根据前面工序中的检测情况指导后面工序的生产,提高了产品的成材率及生产效率,给企业带来了巨大的经济效益。
带钢表面质量在线检测系统采用CCD摄像头、图像处理、模式识别、并行计算等一些前沿技术,并附加了图像冻结技术、快速图像处理和模式识别技术等多项创新技术,解决了表面质量在线检测中的一些难点。
1.3Cognex表面检测系统维护中存在的问题
武钢CSP轧线表面质量检测选用美国Cognex(康耐视)公司的表面检测系统。
在生产过程中,该系统逐步反映出一些问题来,不能完全满足CSP的生产要求,影响了CSP对质量控制的高标准高要求管理工作,这些问题也对我们的维护工作提出了更高的要求。
综合Cognex表检仪问题主要表现在几个方面:
一、对系统测量精度的要求不断提高提高
Cognex公司的设计理念是把对缺陷识别的工作完全交给机器来完成。
表检仪的检测原理是根据带钢表面图像灰度差异来对缺陷进行识别,该过程在系统后台进行,而在操作平台上只提供识别后的缺陷信息。
由于没有带钢表面实时监控画面,操作人员无法看到现场的真实情况,一旦表检仪出现漏检,操作人员是无法进行人工干预的,这样就完全依赖于系统的识别率,也就要求维护工作中必须保证系统的测量精度。
由于CSP连铸连轧的特殊性,对连铸出来的板胚缺陷事无法消除的,传统的热轧可以对有缺陷的板坯拒收,而CSP只能直接轧制成品。
因此在表面检测设备在CSP的应用也就面临着比其他轧制线更高的要求。
二、设备硬件配置较低
目前Cognex系统服务器的配置较低,一卷钢在1分钟内要完成100多兆的图像合成、传输、识别和存储。
CPU始终处于90%高负荷状态,为此,操作人员只能选择将检测门槛抬高,忽略较小的缺陷,也容易导致部分缺陷漏检。
由于没有实时监控画面,操作人员只能使用照相功能,该功能设计仅为调试时使用,其原理是将CCD扫描的线阵叠加计算产生平面图像,所以在使用照相功能时更加大了CPU的负荷,也容易造成系统死机。
由于CSP层流冷却线过于紧凑,带钢表面带水的现象严重,经常使表检处于高负荷运转CPU运转率长期过高。
表面质量检测仪这类设备使用有一定的特殊性。
既要保障设备的运转率和完好率,又要保证缺陷的识别率。
系统的高负荷运作难以保证系统对多缺陷环境进行准确识别,不利于缺陷率的提高。
三、多客户访问造成网络负荷过大
Cognex表检系统原来配备为一台系统服务器,一台Consol客户端,后由于CSP现场的需要,先后在精轧、质检、连铸增加了三台客户端,用以进行在线监视和离线数据查询工作。
在实际运行中发现测量任务进行中,四台客户端同时对系统服务器进行数据访问,很容易造成网络堵塞,由于网络堵塞而引起的系统服务器死机现象时有发生。
这也就对网络环境的改善提出了要求。
1.4本文的主要研究内容
本文基于对Cognex表面检测系统故障原因及结构的详尽分析,在系统维护过程中做出了几个重要改进。
一.针对测量精度问题,对系统检测镜头进行了重新校准;
二.针对系统服务器硬件配置低,速度慢等问题,对系统服务器进行了整体硬件升级,并重新配置软件组态;
三.针对运行中系统运行的不稳定,客户端访问的速度慢等问题,对网络拓扑结构进行了改进。
第二章Cognex表面检测系统简介
武钢CSP轧线表面质量检测选用美国Cognex(康耐视)公司的表面检测系统,安装在CSP轧制线卷曲机组之前,分为带钢上表面检测和下表面检测,由两组摄像头组成,每组3个,每个摄像头的检测精度为1K,最大检测宽度1800mm,纵向分辨率0.65mm,横向分辨率0.68mm。
整套测量系统分为三个部分:
图像采集和辅助光源系统,摄像头信号处理系统,系统服务和数据存储系统。
Cognex系统配置图
2.1图像采集和辅助光源系统
图像采集由全视场摄像头组完成,主要功能是由线扫描CCD采集现场图像信号,经CLIF卡传送给MCSC单元进行图像处理。
其中摄像头单元由三部分组成:
光学部分:
尼康85mm定焦镜头
感光部分:
线扫描CCD矩阵
图像采集:
CLIF卡
其中尼康85mm定焦镜头为普通单反相机使用镜头,可根据不同测量距离选择35mm,50mm,85mm定焦镜头,最大光圈在F1.8以内,可选择F1.4。
感光CCD和CLIF图像采集卡为Cognex公司核心组件,其中感光CCD带有产品授权。
辅助光源系统选用双卤素灯梁,上下表面各一套。
辅助光源集成在灯梁内,主要有12V变压器和若干12V65W白炽射灯组成,CSP选用的光源有四组灯梁,每组21个射灯共84个,每6-8个射灯由一个12V变压器供电,共计16个变压器单元。
由于射灯寿命在3-6月内,更换频繁,造成维护难度,可以考虑在光强满足要求的前提下予以整体更换。
2.2.模块化摄像像头信号处理系统
模块化摄像头支持单元ModularCameraSupportUnit(MCSU)集成在一个机柜内,负责处理摄像头采集的原始图像数据,并按照规则进行过滤,并将处理后的数据与系统服务器进行通讯。
MCSU包含下列部件:
ICN底板(IBB)——提供板卡之间的的电源与信号路由;
单板计算机CPU卡——控制其它的卡,处理IPB来的数据;
图像处理卡(IPB)——处理摄象机通过光缆传输过来的信号;
以太网集线器——用来隔离摄象机网络交通与CongexPC网络;
以太网适配器(LAN)——支持电气与PC之间的通讯连接
输入/输出控制卡(IOCB)——提供解码器信号处理与线扫描请求(LSR)信号分配,包含输入输出模块,连接输入输出的接线端子。
其中,图像处理板,单板计算机,千兆以太网卡和摄像头单元共同构成一个摄像头节点,对单个摄像头的图像信息进行处理。
以CSP为例,上下表面共有6个摄像头单元,MCSC中就配有6套摄像头节点进行对应处理。
图像处理板为Cognex公司图像处理核心部件,接受从CLIF卡传来的原始图像数据,传输介质为光纤通讯,并按照过滤规则进行进一步数据处理和图像压缩。
千兆以太网卡写有授权信息,负责与系统服务器进行通讯,传输介质为千兆以太网。
单板计算机负责协调板卡,并处理经图像处理板处理后的数据。
摄像头节点
MCSC部分的核心组件均为Cognex公司提供,部分板卡带有授权。
2.3.系统服务和数据存储系统
主要由两台DELL服务器和若干HMI客户端组成,两台服务器即系统服务器和数据服务器,并配有两台SCSI接口磁盘阵列。
两台服务器的主要配置为:
CPU:
两个双核至强1.6G;
内存:
DDR8001GX2;
硬盘:
两个80G(Raid1镜像备份);
现阶段运行情况反应该服务器CPU处理能力不够,在带钢缺陷较多的情况下,CPU占用率超过90%,会出现卡机,偶尔还会出现系统死机。
SCSI接口磁盘阵列为8个250GSCSI硬盘组成,采用Raid5和Raid7双备份,可用空间1.5T。
由于CSP正常产量在每天200-300卷左右,每卷带钢的数据量在50-100M左右,数据量非常大,1.5T的容量也不能完全满足要求。
第三章Cognex表面检测系统的改进
本章主要对Cognex表面质量检测系统进行架构分析,从内部程序,硬件系统,故障处理步骤,故障代码含义等几个方向对表检系统进行全面的分析,以此找出该系统的设计思路并找出其中存在的不足,对系统的改进提供实践指导和理论基础。
3.1检测镜头的校准
针对测量精度问题,对系统检测镜头进行了重新校准。
摄像头是表面质量检测的核心部件,相当于常规仪表中的一次表,镜头的精度直接影响到测量的精度。
CSP选用的Cognex表面质量检测系统的镜头分辨率达到了0.68mm*0.65mm,如果高的精度对镜头提出了更高的要求。
因此,为了保证Cognex表面质量检测系统的测量精度,对测量镜头进行的重新校准。
3.1.1摄像头的对准
对准摄象机是一个反复的过程。
首先必须调节倾斜与旋转,使摄象机指向光带区域。
然后调节摇摆,横移,放大。
最后微调倾斜与旋转。
调节摇摆,横移和放大之前,对焦很关键。
摇摆,横移和放大调节需要侧量摄象机视场大小。
为了得到精确的测量结果,对象必须对焦准确。
关于摄象机对焦的信息。
在进行放大,摇摆,与倾斜的动作后,必须重新对焦。
所有对准调节动作都需要一个5/32英寸大小,带T形把手,球头的方六角形扳手。
此外,扁平底座上的横移调节需要5/16英寸的扳手。
旋转调节影响摄象机扫描线与光带的角度。
目标是扫描线与光带平行。
如果扫描线与光带不平行,会导致扫描线两端离光带的距离不等,进而使系统对振动更加敏感。
这样会沿宽度方向产生不一致的结果。
倾斜调节影响摄象机的扫描线与光带的相对位置。
目标是是扫描线位于光带的中央。
摄象机离光带边沿越近,系统对振动越敏感。
因为倾斜与旋转动作都影响扫描线与光带的相对位置,所以一般这两个动作同时进行。
在进行这两种动作调节的过程中,光圈的调节可能会同时进行,以便达到最佳的效果来我们的调节是否正确有效。
单镜头校准的标准波形
在多摄象机系统中,放大与横移调节必须同时进行,以便使摄象机提供正确的横向扫描,其中包括摄象机之间的重叠。
使用信号视窗监测放大与横移调节时,:
所有摄象机的横向刻度应该相同和必须设定摄象机的偏移量,以便使信号视窗中显示的信号头尾相接,没有重叠。
SmartViewICN摄象机的重叠区域取决于很多因素,其中包括基线阈值,降噪降噪,条纹阈值的设置与横向的连接长度。
标记点的位置必须保证每个摄像头都能检测到两个点,且这两个点必须在同一直线上。
因此,针对CSP表面检测的先扫描三镜头配置,共需要4个标记点,其中重叠区域各一个,1#和3#镜头区域内各一个。
尤其要注意的是这四个标记点必须处于同一直线上,只有这样才能保证三个镜头的测量区域在同一直线上。
由于Cognex公司备件中没有提供校准板,选用了IMS用于LasCon校准的标准版,其表面平直精度完全能够满足校准的要求。
多镜头重叠的视场
3.1.2测量软件的标定
标定程序校准步骤如下:
1.放置两个宽度相同的标定记号在摄象机的视场中,尽量放在扫描线的两端。
标定记号宽度至少1cm。
针对CSP采用的Cognex表检系统精度,我们对标定宽度选择在0.68mm左右。
标记点必须位于与被检测对象相同的位置。
从反射光的角度来看,检测物体包裹在检测辊上,也就是说标定记号必须在辊面上。
从发射光的角度来看,标定记号必须放置在检测对象的所经过的轨迹线上
2.按照操作规程的校准步骤首先控制台停止运行。
3.运行配置管理器,打开正调节摄象机的被检测对象标定对话框(CrosswebCalibration):
在配置管理器结构树中,右击要调节摄象机,选择信号视窗(SignalViewer)。
4.验证摄象机是否对焦准确(在配置管理器在线帮助中有描述)。
5.放大左边标定记号,等待系统找到标定记号两个边界。
边界会在信号视窗中显示为两条垂直的直线。
如果系统找不到边界,调整目标位置参数,直到找到边界。
6.点击标定(Calibration)按钮。
7.在探测目标(DetectedTarget)框,找到宽度(Width)区(见图5-17),记录探测到的标定记号宽度,用象素表示。
8.滚动信号视窗,直到右标定记号显示在放大窗口中。
等待系统找到边界,如果有必要,调整参数。
9.点击标定(Calibration)按钮。
10.在探测目标(DetectedTarget)框,找到宽度(Width)区(见图5-17),同第7步记录的标定记号宽度比较。
如果差值超过1-2个象素点,调整摆动装置,重复上述步骤。
11.所有步骤完成后,点击取消(Cancel)按钮,离开被检测目标标定(CrosswebCalibration)对话框。
校准完成。
放大调节影响摄象机检测区域的大小(视场),也即横向分辨率。
就单个摄象机系统而言,摄象机必须调节到在视场覆盖整个检测区域的条件下最大的横向分辨率。
检测区域包括宽度与边界的跳动。
就多摄象机系统而言,放大调节机构必须调节到:
1.所有摄象机具有相同的分辨率
2.保证视场覆盖产品的整个宽度
3.保证摄象机之间有足够的重叠区域
校准工作完成后,保证了Cognex表面质量测量的测量精度,为后面的维护和系统改进工作打下了基础。
3.2系统服务器的更换
针对系统服务器硬件配置低,速度慢等问题,对系统服务器进行了整体硬件升级,并重新配置软件组态。
3.2.1SmartView软件的主要功能
系统服务器上运行的SmartView软件包含五个应用程序:
1.参数配置管理器,用于定义企业范围内的设置与全部缺省参数
2.规则管理器,用于定义特定一个产品的检测参数
3.控制台,用于控制与监视检测过程
4.报告管理器,在检测数据的基础上,生成报告,数据,输出文件
5.浏览器,由于浏览检测数据
除了五个应用程序外,SmartView系统软件还包含一些服务程序。
这些服务程序在后台运行,担负着SmartView系统的众多功能。
主要的SmartView服务程序包括:
摄象机启动程序。
该程序符合ICN摄象机导入要求。
摄象机型号参数在配置管理器中的ICN摄象机选址功能中定义。
当摄象机匹配参数找到后,相应的导入参数发送到摄象机,摄象机加载自己的软件。
摄象机启动程序在服务器PC启动时自动运行。
摄象机服务程序。
该服务程序从摄象机传递信息到其他服务程序用于数据处理,同时也反方向传递数据。
该程序还负责更新摄象机状态。
摄象机服务程序在服务器PC启动时自动运行。
每一检测站都有一个摄象机服务程序。
工作站服务程序。
该程序为检查过程提供主要控制与处理功能(给摄象机发送功能参数,缺陷分类等等)。
工作站服务程序在服务器PC启动时自动运行。
每一检测站都有一个工作站服务程序。
企业参数设置服务程序。
该服务程序管理参数配置管理器与规则管理器所定义的参数。
企业参数设置服务程序在服务器PC启动时自动运行。
一个企业参数设置服务程序可以管理多个检测工作站信息。
存储服务程序。
该程序负责检测数据读写。
存储服务程序在服务器PC启动时自动运行。
信号服务程序。
该程序提供与摄象机通讯的通道,即从摄象机获取用于显示的信号数据。
信号服务程序运行于服务器PC,信号浏览器打开时,该程序自动运行,关闭时自动停止。
滤波服务程序。
该程序缺陷滤波参数给摄象机,并处理在检测过程中从摄象机传过来滤波报告。
滤波服务程序运行于服务器PC,在第一次检测时自动运行,工作站服务器关闭时停止。
单位服务程序。
该程序将规则管理器所分配的数据单位信息写入检测报告文件。
写入动作通过存储服务程序完成。
单元服务程序运行于服务器PC,在第一次检测时自动运行,工作站服务器关闭时停止。
报告服务程序。
该程序获得检测数据后,生成报告或输出文档。
生成的报告根据报告管理器的设置进行输出。
报告服务程序也可根据规则管理器设定参数自动生成报告或输出文档。
报告服务程序可运行在每一台生成报告的PC,并且在PC启动时自动运行。
灰度块处理服务程序。
该程序处理在检测过程中所捕捉到的缺陷处灰度块,并通过存储服务程序写入硬盘。
灰度块处理服务程序运行于服务器PC,在第一次检测时自动运行,工作站服务器关闭时停止。
小文件传输服务程序。
该程序在系统启动过程中把文件传送到ICN摄象机CPU。
小文件传输服务程序在PC启动时自动运行。
3.2.2系统服务器的升级
系统服务器的硬件配置主要由两台DELL服务器和若干HMI客户端组成,两台服务器即系统服务器和数据服务器,并配有两台SCSI接口磁盘阵列。
该服务器CPU处理能力不能够满足武钢CSP的测量要求,在带钢缺陷较多的情况下,CPU占用率超过90%,系统连续运行时间过长会产生大量冗余碎片,如果不及时进行系统重启,就会造成系统死机,给维护工作造成很大难度。
除了正常生产的数据,每卷钢100M左右,每天300卷钢的生产量,还要提供3台客户端进行历史记录查询,数据量非常大,经常会出现由于磁盘阵列死机造成系统服务器不能正常工作。
因此,首先需要对系统服务器的硬件进行升级,选用DELLT100企业塔式型服务器,戴尔PowerEdgeT100采用4U塔式
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